單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,,,*,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,GSM-R系統(tǒng)維護與應用,第1章 概論,,GSM-R系統(tǒng)維護與應用第1章 概論,第1章 概論,1.1 移動通信概述,1.1.1 無線通信與移動通信的關系,1.1.2 移動通信的發(fā)展簡史,1.1.3 移動通信系統(tǒng)的特點和分類,1.2 GSM-R系統(tǒng)概述,1.2.1 GSM-R與GSM的關系,1.2.2 GSM-R系統(tǒng)簡介,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,2,第1章 概論 1.1 移動通信概述 2,1.1 移動通信概論,移動通信是指通信雙方至少有一方在移動狀態(tài)中進行信息傳輸和交換，這包括移動體（車輛、船舶、飛機或行人）和移動體之間的通信，移動體與固定點（固定無線臺或有線用戶）之間的通信。,3,1.1 移動通信概論移動通信是指通信雙方至少有一方在移動狀態(tài),1.1 移動通信概論,“無線電之父”馬可尼于1895年設計出大功率的發(fā)射機和接收機，可收發(fā)遠距離的電磁波，發(fā)送莫斯密碼。,無線電原理：,導體中電流強弱的變化會產(chǎn)生無線電波。利用這一現(xiàn)象 ，通過調(diào)制可將信息加載于無線電波之上。當電波通過空間傳播到達接收端，電波引起的電磁場變化又會在導體中產(chǎn)生電流。通過解調(diào)將信息從電流變化中提取出來，就達到了信息傳遞的目的。,4,1.1 移動通信概論 “無線電之父”馬可尼于,1.1.1,無線通信與移動通信的關系,1.無線電波的特點：,無線電波在自然空間傳播的電磁波，是無線通信信息傳輸?shù)妮d體。無線電波主具有以下特點：,（1）無線電波是正弦波，具有波的一切特性。它和水波一樣能向四周傳播，在傳播的過程中能夠發(fā)生折射、反射，它也具有一定的頻率、波長 和波速。無線電波的傳播過程如圖1.1所示。,5,1.1.1無線通信與移動通信的關系1.無線電波的特點：5,,圖 1.1 無線電波的傳播過程,6,圖 1.1 無線電波的傳播過程6,1.無線電波的特點：,（2）無線電波不像其它波那樣容易被人們的感官所接收。,,（3）無線電波具有驚人的運動速度，是世界上跑得最快的物質(zhì)。每秒鐘能跑30萬公里，而其他物質(zhì)，比如聲波，在空氣中每秒只能傳播340米。,7,1.無線電波的特點：（2）無線電波不像其它波那樣容易被人們的,1.無線電波的特點：,（4）無線電波可以在真空中傳播。,,（5）無線電波的頻率往往比其它波的頻率高得多。無線電波的頻率可以達到幾萬赫茲、幾十兆赫茲。無線電波的波長、頻率和振幅還可以按照人們的 需要用機器來調(diào)節(jié)。,8,1.無線電波的特點：（4）無線電波可以在真空中傳播。8,,表1.1無線電波譜的頻率、波段、傳播特性及主要用途,名稱,甚低頻,低頻,中頻,高頻,甚高頻,超高頻,特高頻,極高頻,符號,VLF,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,頻率,3-30KHz,30-300KHz,0.3-3MHz,3-30MHz,30-300MHz,0.3-3GHz,3-30GHz,30-300GHz,波段,超長波,長波,中波,短波,米波,分米波,厘米波,毫米波,波長,100-1000Km,1-10Km,100-1000m,10-100m,1-10m,0.1-1m,1-10cm,1-10mm,傳播,特性,空間波為主,地波為主,地波與天波,天波與地波,空間波,空間波,空間波,空間波,主要,用途,海岸潛艇通,信；,遠距離通信,超遠距離導,航；,越洋通信,中距離通,信；,地下巖層,通信；,遠距離導,航；,,船用通信業(yè),務；,無線電通信,移動通信中,距離導航；,遠距離短,波通信；,國際定點,通信；,電離層散射,(30-60MHz),流星余跡通信,人造電離層通,信（30-144M,Hz）；,對空間飛行體,通信；,移動通信；,小容量微波,中繼通信,(352-420,MHz),對流層散射,通信（700-,10000MHz）,中容量微波,通信；,,大容量微波,中繼通信,(3600-4200M,Hz)、(5850-,8500MHz)；,數(shù)字通信；,衛(wèi)星通信；,國際海事衛(wèi),星通信（,1500-1600,MHz）；,,再入大氣層,時的通信；,波導通信；,表1.1無線電波譜的頻率、波段、傳播特性及主要用途 名稱甚低,2.無線通信與移動通信的相互關系,移動通信就是要保持物體在移動狀態(tài)中的通信，因而它必須是無線通信。短距離無線通信我們通常稱為無線通信；長距離無線通信我們通常稱為移動通信，移動通信可以算作無線通信的一個大的分支。,10,2.無線通信與移動通信的相互關系移動通信就是要保持物體在移動,1.1.2,移動通信發(fā)展簡史,第一代移動通信系統(tǒng)(1G)是在20世紀80年代初提出的，它完成于20世紀90年代初，如NMT和AMPS，NMT于1981年投入運營。第一代移動通信系統(tǒng)是基于模擬傳輸?shù)?，其特點是業(yè)務量小、質(zhì)量差、交全性差、沒有加密和速度低。1G主要基于蜂窩結構組網(wǎng)，直接使用模擬語音調(diào)制技術，傳輸速率約2．4kbit/s。不同國家采用不同的工作系統(tǒng)。,第二代移動通信系統(tǒng)(2G)起源于90年代初期。歐洲電信標準協(xié)會在1996年提出了GSM Phase 2+，目的在于擴展和改進GSM Phase 1及Phase 2中原定的業(yè)務和性能。,11,1.1.2移動通信發(fā)展簡史第一代移動通信系統(tǒng)(1G)是在20,1.1.2,移動通信發(fā)展簡史,第三代移動通信系統(tǒng)(3G)，也稱IMT 2000，是正在全力開發(fā)的系統(tǒng)，其最基本的特征是智能信號處理技術，智能信號處理單元將成為基本功能模塊，支持話音和多媒體數(shù)據(jù)通信，它可以提供前兩代產(chǎn)品不能提供的各種寬帶信息業(yè)務，例如高速數(shù)據(jù)、慢速圖像與電視圖像等。如WCDMA的傳輸速率在用戶靜止時最大為2Mbps，在用戶高速移動是最大支持144Kbps，所占頻帶寬度5MHz左右,,第四代　4G是第四代移動通信及其技術的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術產(chǎn)品。 4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。,12,1.1.2移動通信發(fā)展簡史第三代移動通信系統(tǒng)(3G)，也稱I,1.1.3移動通信系統(tǒng)的特點和分類,1.移動通信系統(tǒng)的特點：,,（1）,移動通信必須利用無線電波進行信息傳輸,通信中的用戶可以在一定范圍內(nèi)自由活動，其位置不受束縛，但傳輸特性差，有各種損秏且大。會產(chǎn)生多徑效應,陰影效應,多普勒效應等。,,（2）,通信是在復雜的干擾環(huán)境中運行的,除去一些常見的外部干擾（如天電干擾、工業(yè)干擾和信道噪聲）外，系統(tǒng)本身和不同系統(tǒng)之間還會產(chǎn)生這樣和那樣的干擾。如：（各種）多用戶之間、基站與用戶之間、各種收發(fā)信機之間等產(chǎn)生的干擾，主要有：鄰道干擾、互調(diào)干擾、共道干擾、多址干擾、（以及近地無用強信號壓制遠地有用弱信號地現(xiàn)象）遠近效應等。,13,1.1.3移動通信系統(tǒng)的特點和分類1.移動通信系統(tǒng)的特點：1,（3）,移動通信業(yè)務量的需求與日俱增,如何提高系統(tǒng)的容量，始終是移動通信發(fā)展中的重點。解決的方法是：一方面開辟和啟用新的頻段；另一方面研究各種新技術和新措施，以壓縮信號所占的頻帶寬度和提高頻譜利用率，如：信號處理技術, 新的調(diào)制解調(diào)技術，多址技術，等等。,,（4）移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構多種多樣，網(wǎng)絡管理和控制必須有效,根據(jù)通信地區(qū)、地形的不同，移動通信網(wǎng)絡可以組成帶狀（如鐵路沿線、隧道等）、面狀（覆蓋一整個城市和地區(qū)）、 立體狀（地面通信設施與中低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)一起組網(wǎng)或由微微蜂窩、微蜂窩和宏蜂窩組成的），等等。,,（5）移動通信設備（主要是移動臺）必須適于在移動環(huán)境中使用,1.移動通信系統(tǒng)的特點：,14,（3）移動通信業(yè)務量的需求與日俱增1.移動通信系統(tǒng)的特點：1,2.移動通信系統(tǒng)的分類,移動通信系統(tǒng)主要有以下分類：,（1）按使用對象可分為民用設備和軍用設備；,（2）按使用環(huán)境可分為陸地通信、海上通信和空中通信；,（3）按多址方式可分為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等；,（4）按接入方式可分為頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）；,（5）按覆蓋范圍可分為寬域網(wǎng)和局域網(wǎng)；,15,2.移動通信系統(tǒng)的分類移動通信系統(tǒng)主要有以下分類：15,,（6）按業(yè)務類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務網(wǎng)；,（7）按工作方式可分為同頻單工、異頻單工、異頻雙工和半雙工；,（8）按服務范圍可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)；,（9）按信號形式可分為模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)。,16,（6）按業(yè)務類型可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務網(wǎng)；16,3.常見的移動通信系統(tǒng),（1）蜂窩移動通信系統(tǒng),17,3.常見的移動通信系統(tǒng) （1）蜂窩移動通信系統(tǒng) 17,3.常見的移動通信系統(tǒng),（1）蜂窩移動通信系統(tǒng),術 語,定 義,移動臺,MS,是在移動服務網(wǎng)中，在不確定的地點并在移動使用的終端。移動臺可,以是手持設備，或是安裝在移動車輛上的設備。具有收、發(fā)信機和天,饋線等設備,基站,BS,移動無線系統(tǒng)中的固定站，用來和移動臺進行無線通信?；窘ㄔ诜?窩小區(qū)內(nèi)，設有收、發(fā)信機和架在塔上的發(fā)射、接收天線等設備,移動交換中心,MSC,在大范圍服務區(qū)域中協(xié)調(diào)通信的中心、能將基站和移動臺連到公用電,話網(wǎng)上。,無線小區(qū),每個基站發(fā)射機所覆蓋范圍的小塊地理區(qū)域。無線小區(qū)的大小取決于,基站的發(fā)射機功率和天線的高度,用戶,使用移動通信服務而付費的使用者,操作維護中心,OMS,負責管理維護移動交換網(wǎng)絡,18,3.常見的移動通信系統(tǒng) （1）蜂窩移動通信系統(tǒng) 術 語定,3.常見的移動通信系統(tǒng),（2）無繩電話系統(tǒng),19,3.常見的移動通信系統(tǒng)（2）無繩電話系統(tǒng)19,3.常見的移動通信系統(tǒng),（2）無繩電話系統(tǒng),無繩電話是指用無線信道代替普通電話線，在限定的業(yè)務區(qū)內(nèi)給無線用戶提供移動或固定公共交換電話網(wǎng)（PSTN）業(yè)務的電話系統(tǒng)，也是一種無線接入系統(tǒng)。它由一個或若干個基站和多部手機組成，允許手機在一組信道內(nèi)任選一個空閑信道進行通信。一個基站形成一個微蜂窩，多個微蜂窩構成一個服務區(qū)，區(qū)內(nèi)的手機都可通過基站得到服務。,20,3.常見的移動通信系統(tǒng)（2）無繩電話系統(tǒng)20,3.常見的移動通信系統(tǒng),（3）集群移動通信系統(tǒng),集群移動通信系統(tǒng)（簡稱集群系統(tǒng)）是一種共用無線頻道的專用調(diào)度移動通信系統(tǒng)，它采用多信道共用和動態(tài)分配信道技術。集群是指無線信道不是僅給某一用戶群所專用，而是若干個用戶群共同使用。集群移動通信系統(tǒng)所采用的基本技術是頻率共用技術。它的一個最重要的目的是盡可能地提高系統(tǒng)的頻率利用率，以便在有限的頻率空間內(nèi)為更多用戶服務。,21,3.常見的移動通信系統(tǒng)（3）集群移動通信系統(tǒng)21,3.常見的移動通信系統(tǒng),（4）移動衛(wèi)星通信系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,衛(wèi),星,,,,,,,,,,,,,控,制,中,心,,,,,,,,,,,,,基,站,,,,,,,,,,,,,關,口,站,,,P,S,T,N,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,手,機,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,空,中,移,動,體,海,上,移,動,體,陸,地,移,動,體,圖 1.5 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng),22,3.常見的移動通信系統(tǒng)（4）移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星控制中心基站,4.移動通信系統(tǒng)的業(yè)務,圖 1.6 移動通信業(yè)務種類,23,4.移動通信系統(tǒng)的業(yè)務 圖 1.6 移動通信業(yè)務種類 23,1.2,GSM-R系統(tǒng)概述,GSM-R（Global System For Mobile Communications For Railway）系統(tǒng)是鐵路綜合調(diào)度移動通信系統(tǒng)的簡稱，專門針對鐵路對移動通信的需求而推出的專用系統(tǒng)，它基于GSM并在功能上有所超越，是成熟的技術是通過無線通信方式實現(xiàn)移動話音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N技術體制。,24,1.2GSM-R系統(tǒng)概述 GSM-R（Global Sy,1.2.1 GSM-R與GSM的關系,1.鐵路相對GSM公網(wǎng)的特殊需求：,（1）用戶級別不同（高級語音呼叫，包括：組呼、小區(qū)廣播、增強多優(yōu)先級與強拆）,（2）功能尋址（調(diào)度）,（3）基于位置的尋址（機車呼叫前方車站、后方車站）,（4）高速情況下的移動通信,（5）大量特殊的數(shù)據(jù)業(yè)務需求（列控、列尾、車次號等）,25,1.2.1 GSM-R與GSM的關系 1.鐵路相對GSM公網(wǎng),2.GSM與GSM-R的關系,GSM基礎平臺,增強型語音呼叫功能ASCI,優(yōu)先權eMLPP,語音廣播VBS,語音組呼VGCS,鐵路特有的應用,無線列調(diào),無線車次號傳遞等,嚴格的服務質(zhì)量要求,鐵路特有頻段,,,,,GSM-R,,圖 1.7 GSM-R與GSM的關系,26,2.GSM與GSM-R的關系GSM基礎平臺增強型語音呼叫功能,1.2.2GSM-R系統(tǒng)簡介,1. GSM－R系統(tǒng)組成,GSM-R通信系統(tǒng)包括：交換機、基站、機車綜合通信設備、手機等設備組成。交換機是GSM-R系統(tǒng)的核心，其主CPU處理器及各個功能模塊的CPU處理器，交換矩陣，內(nèi)部總線等都是雙備份配置。,27,1.2.2GSM-R系統(tǒng)簡介1. GSM－R系統(tǒng)組成27,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,GSM-R技術順應時代的發(fā)展，其固有的“網(wǎng)絡”特性，是鐵路信息化和自動化發(fā)展的基礎。,28,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用 GS,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,,GSM-R（Global System For Mobile Communications For Railway）系統(tǒng)是鐵路綜合調(diào)度移動通信系統(tǒng)的簡稱。是專門為鐵路通信設計的綜合專用數(shù)字移動通信系統(tǒng)。它是在8時隙/200KHz TDMA(885-889MHz/930-934MHz) 多址方式GSM蜂窩系統(tǒng)上增加調(diào)度通信功能構成的一個綜合專用移動通信系統(tǒng)。它基于GSM的基礎設施及其提供的高級語音呼叫業(yè)務，提供鐵路特有的調(diào)度業(yè)務，并以此為信息化平臺，使鐵路部門可以在這個平臺上實現(xiàn)鐵路管理信息的共享,。,29,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,,,1993年國際鐵路聯(lián)盟(UIC)與歐洲電信標準組織(ETSI)協(xié)商，提出了歐洲各國鐵路下一代無線通信以GSM Phase 2+為標準的GSM-R技術，這一提議在1995年經(jīng)UIC評估并最終確認。,1997年，24個國家的32個組織共同簽署了諒解備忘錄，決定采用GSM-R作為鐵路專用通信技術，并至少要將GSM-R用于過境運輸通信。,,30,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,,采用 GSM-R的國家,1999年2個國家,2002年7個國家,2005年15個國家,德國、瑞典、意大利、英國、荷蘭、西班牙、比利時、芬蘭、法國、挪威、斯洛伐克、瑞士、捷克、印度、中國,2008年達到30多個國家,,31,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用 采,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,,,,歐洲GSM-R系統(tǒng)的成功運用，為我國鐵路通信信號技術發(fā)展提供了良好的技術借鑒。,2006年7月1日，隨著青藏鐵路的全線通車，標記著我國鐵路采用GSM-R移動通信系統(tǒng)的正式啟動 。,32,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,,GSM-R網(wǎng)絡設備供應商,GSM-R網(wǎng)絡設備商有西門子、北電和華為等，三個廠商在GSM都有著豐富的工程經(jīng)驗。西門子在運輸、車輛、通信信號等交通領域綜合實力很強，其GSM-R設備已經(jīng)應用在瑞典、荷蘭、英國等國家和我國膠濟鐵路。北電網(wǎng)絡公司的GSM-R設備已應用到德國、法國、英國等國家和我國青藏鐵路。華為公司是國內(nèi)能夠提供GSM-R成套設備的廠商，其設備已應用于大秦鐵路。,GSM-R固定用戶接入交換機(FAS)供應商有北京佳訊飛鴻公司、北京中軟公司、濟南天龍公司等，他們完成了和GSM-R交換子系統(tǒng)的互聯(lián)互通。,,,33,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用 G,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,,,GSM-R終端設備供應商,GSM-R終端設備供應商有法國薩基姆（smrdn） 、奧地利電信公司卡普施(Kapsch) 、英國馬可尼公司和北京中電華大公司等。薩基姆和馬可尼提供GSM-R手機和模塊。Kapsch公司提供GSM-R模塊。北京中電華大公司提供GSM-R SIM卡和SIM卡管理維護系統(tǒng)。另外，國內(nèi)已有11家機車綜合通信設備供應商，實現(xiàn)了與GSM-R網(wǎng)絡的互聯(lián)互通。,,34,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用 G,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,,,GSM-R科研、設計、施工和驗收單位,GSM-R科研單位有鐵道部GSM-R實驗室，北京交通大學和鐵道科學研究院等單位，承擔了鐵道部一系列科研項目，取得了很多研究成果。,GSM-R設計單位有第一、第二、第三、第四鐵路勘測設計院、北京全路通號設計院和電化局設計院。,參與GSM-R施工的單位有二十多個工程局，GSM-R驗收單位有電化局測試中心、中國鐵道通信信號上海電信測試中心、鐵道部GSM-R實驗室。,,,35,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用 G,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,,,GSM-R運營和維護單位,通信段可以為GSM-R的建設和發(fā)展提供可靠的傳輸網(wǎng)、同步網(wǎng)，在無線列調(diào)和有線調(diào)度通信方面有著豐富的運營維護經(jīng)驗，對鐵路運輸行業(yè)、現(xiàn)代鐵路對通信的要求有著深刻的認識，經(jīng)過GSM-R人才隊伍的培養(yǎng)，能夠承擔GSM-R運營和維護工作。,,,36,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用 G,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用,,我國 GSM-R系統(tǒng)的發(fā)展目標,在我國，發(fā)展GSM-R的目標是：在全路建立一張移動通信網(wǎng)絡，利用通信的手段實現(xiàn)鐵路移動設施和固定設施的無縫連接，確保列車平穩(wěn)、高速、安全地運行。,GSM-R技術順應時代的發(fā)展，其固有的“網(wǎng)絡”特性，是鐵路信息化和自動化發(fā)展的基礎。,,,,37,1.2.3 GSM-R系統(tǒng)在我國的應用 我國,GSM-R系統(tǒng)維護與應用,第二章,GSM-R數(shù)字移動通信的關鍵技術,GSM-R系統(tǒng)維護與應用第二章,第2章 GSM-R數(shù)字移動通信的關鍵技術,,2.1 GSM-R無線信道電波傳播與干擾,2.1.1 電波傳播特性,2.1.2 噪聲與干擾,2.2 GSM-R 語音處理的主要過程,2.2.1 編碼技術,2.2.2 交織技術,2.2.3 加密技術,2.2.4 調(diào)制解調(diào)技術,2.3 無線信道的空中接口技術,2.3.1 多址方式,2.3.2 分集接收技術,2.3.3 跳頻技術,2.3.4 信道均衡,2.3.5 不連續(xù)發(fā)射DTX和不連續(xù)接收DRX,,第2章 GSM-R數(shù)字移動通信的關鍵技術 2.1 GSM-R,2.1 GSM-R無線信道電波傳播與干擾,2.1.1 電波傳播特性,,1.路徑傳播損耗,光波也是電磁波，只不過是頻率不同的電磁波而已，電磁波的電場會因為距離而衰減是顯然易見的，光波也是如此束手電筒的光照向夜空，要不了多遠就基本看不到了。一是因為電磁波在空中四散傳播，發(fā)散了，另一點是因為路徑造成了能量的損耗，在無線通信中也有類似的效果，這是因為路徑造成的場強的損耗遵循自由空間傳播模型。,2.1 GSM-R無線信道電波傳播與干擾2.1.1 電波傳,1.路徑傳播損耗,假設無線電波是在完全無阻擋的視距內(nèi)傳播，沒有反射、繞射和散射，這種理想的情形叫做自由空間的傳播。自由空間的傳播是電波傳播最基本也是最簡單的一種理想情況，電磁波在自由空間中信號的強度將以距離平方的倒數(shù)衰減，這種損耗稱為自由空間的傳播損耗。假設收發(fā)天線之間的距離為d，發(fā)射頻率為f，自由空間的損耗可由以下公式計算：,,,（式2-1）,其中，d的單位為km，f的單位為MHz,。,自由空間的損耗為路徑傳播損耗。,,1.路徑傳播損耗 假設無線電波是在完全無,2.衰落,電磁波有三種基本的傳播機制：反射、繞射和散射。當電磁波遇到比波長大得多的物體時發(fā)生反射，反射發(fā)生于地面、建筑物表面、水面。當接收機和發(fā)射機之間的無線路徑被尖利的邊緣阻擋時發(fā)生繞射。由阻擋產(chǎn)生的二次波散布于空間，甚至阻擋體的背面。當電磁波穿行的介質(zhì)中存在小于波長的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個數(shù)非常巨大時，發(fā)生散射。散射產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體，如樹葉。電磁波在傳播的過程中會經(jīng)歷兩種類型的衰落：大尺度衰落（也稱慢衰落）和小尺度衰落（也稱快衰落）。大尺度和小尺度是按照波長來進行劃分的。,2.衰落 電磁波有三種基本的傳播機制：反射、繞射和散,（1）大尺度衰落,大尺度衰落主要是指電磁波在傳播路徑上受到建筑物行的阻擋而產(chǎn)生的損耗，它反映了在中等范圍內(nèi)（數(shù)百波長級）的接收信號電平平均值起伏變化的趨勢，其變化率比傳送信息率慢，故稱為慢衰落。,陰影效應是產(chǎn)生慢衰落的主要原因。移動臺在運動中，由于大型建筑物和其他物體對電波的傳輸路徑的阻擋而在傳播接收區(qū)域上形成半盲區(qū)，從而形成電磁場陰影，這種隨移動臺位置的不斷變化而引起的接收點場強中值的起伏變化叫做陰影效應。陰影效應在光波里也有，比如你拿一張紙遮住日光燈的燈光那從背面透過來的燈光就明顯弱了很多。,（1）大尺度衰落 大尺度衰落主要是指電磁,（2）小尺度衰落,小尺度效應又稱小尺度衰落，它反映了移動臺的移動距離只有幾個波長時，移動時接收電平平均值的起伏變化趨勢。,,小尺度效應一般由是由多徑傳播引起的。由于到達移動臺天線的信號不是單一路徑來的，而是許多路徑來的眾多反射波的合成。由于電波通過各個路徑的距離不同，因而各個路徑來的反射波到達時間不同，相位也就不同。不同相位的多個信號在接收端迭加，有時迭加而加強（方向相同），有時迭加而減弱（方向相反）。這樣，接收信號的幅度將急劇變化，即產(chǎn)生了衰落。這種衰落是由多徑引起的，所以稱為多徑衰落。,（2）小尺度衰落 小尺度效應又稱小尺度衰落,（3）多普勒效應,另一種類型的衰落時由于移動臺相對于發(fā)射機的運動產(chǎn)生的。這種相對運動導致了無線信道的快慢變化，從而引起了對信號的隨機頻率調(diào)制，即多普勒頻移。多普勒頻移是多普勒效應在無線電領域的一種體現(xiàn)。,,多普勒效應定義,：由于發(fā)射機和接收機間的相對運動，接收機接收到的信號頻率將與發(fā)射機發(fā)出的信號頻率之間產(chǎn)生一個差值，該差值就是多普勒頻移。,（3）多普勒效應 另一種類型的衰落時由于,（4）遠近效應,由于手機用戶在一個小區(qū)內(nèi)是隨機分布的，而且是經(jīng)常變化的，同一手機用戶可能有時處在小區(qū)的邊緣，有時靠近基站。如果手機的發(fā)射功率按照最大通信距離設計，則當手機靠近基站時，功率必定有過剩，而且形成有害的電磁輻射。解決這個問題的方法是根據(jù)通信距離的不同，實時地調(diào)整手機的發(fā)射功率，即功率控制。,（4）遠近效應 由于手機用戶在一個小區(qū)內(nèi),2.1.2,噪聲與干擾,無線通信信道中的噪聲干擾，是指無意或有意產(chǎn)生，隨機性很強，影響無線通信接收機信號接收準確性的信道中產(chǎn)生的信號。,噪聲,主要可按以下兩種進行分類：一是按按噪聲來源分類，可分為人為噪聲和自然噪聲；二是按噪聲性質(zhì)分類，可分為脈沖噪聲（突發(fā)性地產(chǎn)生的，幅度很大，其持續(xù)時間短，頻譜寬）、窄帶噪聲（頻譜或頻率位置通常是確知或可測）和起伏噪聲（包括熱噪聲、電子管內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲和宇宙噪聲等）。,2.1.2 噪聲與干擾 無線通信信道中的,2.1.2,噪聲與干擾,,干擾,是制約蜂窩系統(tǒng)容量的一個重要因素。話音信道上的干擾會造成串話，或者用戶聽到很大的背景噪聲；信令信道上的干擾則會導致誤碼率的升高，使呼叫遺漏或阻塞。蜂窩系統(tǒng)中的干擾主要由兩種類型：同頻干擾和鄰道干擾。針對這兩種類型的干擾，在蜂窩系統(tǒng)中采取了調(diào)節(jié)天線覆蓋方式，發(fā)射功率，合理分配頻率的方法來對干擾進行防護。,2.1.2 噪聲與干擾 干擾是制約蜂窩系,1.同頻干擾,同頻干擾是由于采用了頻率復用，在同頻小區(qū)之間產(chǎn)生的干擾。同頻干擾不能簡單的通過增大發(fā)射機的功率來克服，因為這樣會導致相鄰小區(qū)之間的干擾。,1.同頻干擾 同頻干擾是由于采用了頻率,,解決同頻干擾可以采取以下幾種措施：,（1）定向天線覆蓋。使用定向天線可以減少同頻干擾的小區(qū)數(shù)i,0,，從而提高接收信噪比，減小同頻干擾。,（2）優(yōu)化同頻復用距離和頻率分配方案。根據(jù)傳播環(huán)境和業(yè)務量的變化情況，調(diào)整同頻復用距離和頻率分配方案，以適應不同的C/I。,（3）天線高度和傾角的調(diào)整。調(diào)整天線高度和傾角可以改變小區(qū)的覆蓋范圍和小區(qū)形狀，減小同頻干擾。,解決同頻干擾可以采取以下幾種措施：,2.鄰道干擾,由于所使用頻率是相鄰的頻率而產(chǎn)生的信號干擾稱為鄰道干擾。鄰道干擾的產(chǎn)生主要是因為接收濾波器的阻帶衰減不夠陡峭引起了相鄰頻帶信號的泄漏。只有當兩個相鄰頻率的接收機距離很近，干擾信號的強度超過了接收機靈敏度時，鄰道干擾才會對接收機的正常工作造成影響。,鄰道干擾可以通過提高濾波器的精度和合理的信道分配而減到最小程度。通常用接收機的鄰道選擇性來表示抗鄰道干擾的能力，它主要由接收中頻濾波器的阻帶衰減特性決定。因為每個小區(qū)只是分給所有可用信道中的一部分，因此在可以通過避免在相鄰小區(qū)之間分配連續(xù)的頻率，同時使相鄰小區(qū)之間的頻率間隔最大來減小鄰道干擾。,2.鄰道干擾 由于所使用頻率是相鄰的頻,3.互調(diào)干擾,當兩個或多個干擾信號同時加到接收機時，由于非線性的作用，這兩個干擾的組合頻率有時會恰好等于或接近有用信號頻率而順利通過接收機，其中三階互調(diào)最嚴重。,三階互調(diào)是指當兩個信號在一個線性系統(tǒng)中，由于非線性因素存在使一個信號的二次諧波與另一個信號的基波產(chǎn)生差拍（混頻）后所產(chǎn)生的寄生信號。比如F1的二次諧波是2F1，他與F2產(chǎn)生了寄生信號2F1-F2。由于一個信號是二次諧波（二階信號），另一個信號是基波信號（一階信號），他們倆合成為三階信號,其中2F1-F2被稱為三階互調(diào)信號，它是在調(diào)制過程中產(chǎn)生的。又因為是這兩個信號的相互調(diào)制而產(chǎn)生差拍信號，所以這個新產(chǎn)生的信號稱為三階互調(diào)失真信號。產(chǎn)生這個信號的過程稱為三階互調(diào)失真。由于F2，F(xiàn)1信號比較接近，也造成2F1-F2，2F2-F1會干擾到原來的基帶信號F1，F(xiàn)2。這就是三階互調(diào)干擾。,3.互調(diào)干擾 當兩個或多個干擾信號同時,2.2 GSM-R 語音處理的主要過程,,,,,,信源,編碼,,,信道,編碼,,,,,,,,,信源,譯碼,,,信道,譯碼,,,去,交織,,,,,信,道,,,,,,,,,,,,,,,,,,,突發(fā),脈沖,加,密,突發(fā),脈沖,解,密,解,調(diào),,,,,交,織,調(diào),制,話,音,話,音,圖 2.2 語音信號處理原理圖,2.2 GSM-R 語音處理的主要過程 信源編碼信道信源信,2.2.1 編碼技術,1.信源編碼,信源編碼也叫語音編碼，是將模擬語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號以便在信道中傳輸。語音編碼的目的是在保持一定的算法復雜程度和通信時延的前提下，占用盡可能少的信道容量，傳送盡可能高質(zhì)量的語音。信源編碼要求盡可能簡潔，盡量減少冗余信息。語音編碼技術又可分為波形編碼、參量編碼和混合編碼三大類。,2.2.1 編碼技術 1.信源編碼,2.信道編碼,我們發(fā)出去的編碼一路上會受到噪聲的干擾，也許會丟失不少信息，到了目的地后，我們期望接收端可以根據(jù)編碼所包含的一些內(nèi)容，對信息的完整性作出一個判斷，盡量恢復還原原來的信息，對這一塊內(nèi)容的探討，我們稱之為信道編碼。,信道編碼是以提高信息傳輸?shù)目煽啃詾槟康木幋a。通常通過在有用信號后面添加監(jiān)督碼元從而達到檢錯糾錯的能力。,2.信道編碼 我們發(fā)出去的編碼一路上會受,圖 2.3 數(shù)字信息傳輸方框圖,圖 2.3 數(shù)字信息傳輸方框圖,,圖2.3表示了數(shù)字信號傳輸?shù)倪@一過程，其中信源可以是語音、數(shù)據(jù)或圖像的電信號“s”，經(jīng)信源編碼構成一個具有確定長度的數(shù)字信號序列“m”，人為地在按一定規(guī)則加進非信息數(shù)字序列，以構成一個一個碼子“C”（信道編碼），然后再經(jīng)調(diào)制器變換為適合信道傳輸?shù)男盘枴＝?jīng)信道傳輸后，在接收端經(jīng)解調(diào)器判決輸出的數(shù)字序列稱為接收序列“R”，再經(jīng)信道譯碼器譯碼后輸出信息序列“m′”，而信源譯碼器則將“m′”變換成客戶需要的信息形式“s′”。,圖2.3表示了數(shù)字信號傳輸?shù)倪@一過程，其,,接收端根據(jù)什么來識別有無錯碼？由發(fā)送端的信道編碼器在信息碼元序列中增加一些監(jiān)督碼元。這些監(jiān)督碼和信碼之間有確定的關系，使接收端可以利用這種關系由信道譯碼器來發(fā)現(xiàn)或糾正可能存在的錯碼。在信息碼元序列中加入監(jiān)督碼元就稱為差錯控制編碼，有時也稱糾錯編碼。差錯控制編碼原則上是以降低信息量為代價來換取傳輸可靠性的提高。在數(shù)字通信中，要利用信道編碼對整個通信系統(tǒng)進行差錯控制。差錯控制編碼可以分為分組編碼和卷積編碼兩類。,,接收端根據(jù)什么來識別有無錯碼？由發(fā)送端的,圖 2.4 分組編碼原理圖,圖 2.4 分組編碼原理圖,2.2.2 交織技術,在GSM-R系統(tǒng)中，信道編碼后進行交織，交織分為兩次，第一次交織為內(nèi)部交織，第二次交織為塊間交織。 話音編碼器和信道編碼器將每20ms話音數(shù)字化并編碼，提供456個比特。首先對它進行內(nèi)部交織，即將456個比特分成8幀，每幀57比特，如果將同一20ms話音的2組57比特插入到同一普通突發(fā)脈沖序列中，那么該突發(fā)脈沖串丟失則會導致該20ms的話音損失25％的比特，顯然信道編碼難以恢復這么多丟失的比特。因此必須在兩個話音幀間再進行一次交織，即塊間交織。交織原理如圖2.5所示二次交織經(jīng)得住喪失一整個突發(fā)脈沖串的打擊，但增加了系統(tǒng)時延。因此，在GSM-R系統(tǒng)中，移動臺和中繼電路上增加了回波抵消器，以改善由于時延而引起的通話回音。,2.2.2 交織技術 在GSM-R系統(tǒng)中,圖 2.5交織原理圖,圖 2.5交織原理圖,2.2.3 加密技術,GSM-R系統(tǒng)在安全性方面有了顯著的改進，GSM-R與保密相關的功能有兩個目標：第一，包含網(wǎng)絡以防止未授權的接入，同時保護用戶不受欺騙性的假冒；第二，保護用戶的隱私權。,防止未授權的接入是通過鑒權（即插入的SIM卡與移動臺提供的用戶標識碼是否一致的安全性檢查）實現(xiàn)的。從運營者方面看，該功能是頭等重要的，尤其在國際漫游情況下，被訪問網(wǎng)絡并不能控制用戶的記錄，也不能控制它的付費能力。,保護用戶的隱私是通過不同手段實現(xiàn)時，對傳輸加密可以防止在無線信道上竊聽通信。大多數(shù)的信令也可以用同樣方法保護，以防止第三方了解被叫方是誰。另外，以一個臨時代號替代用戶標識是使第三方無法在無線信道上跟蹤GSM用戶的又一機制。,在無線通信中，電磁波在空間中傳輸采用的是公共介質(zhì)，不僅要接收的對象可以收到，其他的人也可以收到，因此對于用戶的個人通信和網(wǎng)絡專用的一些重要信息必須采用一定的加密/解密技術。加密/解密的本質(zhì)是對信號進行特殊的編碼變換，只有知道變換方法的對方才能正確地接收到信息并獲得信息的真實內(nèi)容。在移動通信中加密/解密為用戶提供了一個附加的安全保障。,2.2.3 加密技術 GSM-R系統(tǒng)在安全性方面有了顯著的,,在信息處理的過程中有兩種加密的類型，一種是將加密與信道編碼分開，在信道編碼和交織之后再進行加密。在GSM-R中，將信息比特序列與加密序列（密鑰）進行異或運算，得到加密后的信息序列?！懊荑€”是由A5算法產(chǎn)生的一個為隨機序列。在接收端密鑰是已知的，接收時再將加密后的序列與密鑰做異或運算，就可得到原始的信息序列。這種方法的優(yōu)點是簡單易行，可以產(chǎn)生多個互不相關的偽隨機序列。,另一種方法是將加密與信道編碼和交織結合在一起，在使用的信道編碼方案中，采用只有收發(fā)方才知道的編碼規(guī)則或碼字，在接收端再采用相應的譯碼方法來解密。這種方法的優(yōu)點是減少了處理步驟，加密的碼字可以具有一定的抗干擾能力。,在信息處理的過程中有兩種加密的類型，一種是將加密與信道編碼分,2.2.4 調(diào)制解調(diào)技術,1.調(diào)制的目的,低頻信號不利于傳輸，需要將其調(diào)制到高頻信號。所謂調(diào)制，簡單的說就是頻譜的搬移，以GSM-R為例，就是將頻率300～3400HZ，搬遷到900MHZ上去，這個頻譜搬移的過程就稱之為調(diào)制，頻率搬遷到900MHZ上去的好處是：,（1）調(diào)制技術是為了和信道匹配。比如說無線通信，走的信道就是大氣層，對大氣層而言，低頻信號傳輸將急劇衰減，而較高頻率范圍的信號可以傳輸?shù)胶苓h的距離,（2）采用調(diào)制方式以后，由于傳送的是高頻振蕩信號，所需天線尺寸便可大大下降。,由天線理論可知，要將無線電信號有效地發(fā)射電配，一般天線尺寸為電磁信號的波長1/4為佳，調(diào)制可以全來將頻帶變換為更高的頻率，，以減小天線的，以4KHZ的原始語音為例，λ= c/f，天線的尺寸是多少呢？3×108m/s/4000次/s×1/4 =1875（m），波長很長。要制造出相應的巨大天線是不現(xiàn)實的。,2.2.4 調(diào)制解調(diào)技術 1.調(diào)制的目的,,（3）同時，不同的發(fā)射臺可以采用不同頻率的高頻振蕩信號作為載波，這樣在頻譜上就可以互相區(qū)分開了。若各發(fā)射臺發(fā)射的均為同一頻段的低頻信號，信道中會互相重疊、干擾，接收設備也無法接收信號,2.調(diào)制的原理,前面經(jīng)過抽樣、量化、信源編碼、信道源碼得到了一條長串的“0101110100”的比特流，該怎么把這串比特流的信息嵌入一個電磁波中，從而在空中發(fā)送出去呢？這個信息嵌入的過程稱為調(diào)制。一個電磁信號可以用一個正弦波來表達，而正弦波無非就是3個參數(shù)：振幅、頻率和相位，想把比特流信息嵌進去，也只能從這3個參數(shù)上打主意。所以將數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電磁信號的基本編碼或者調(diào)制相應技術有三種，分別得到幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK），調(diào)制的原理如圖2.6所示。,（3）同時，不同的發(fā)射臺可以采用不同頻率的高頻振蕩信號作為載,圖 2.6 調(diào)制的原理,圖 2.6 調(diào)制的原理,,經(jīng)信道編碼后得到的一串信息嵌入到一個電磁波的過程稱之為調(diào)制。也就是說謂調(diào)制就是按調(diào)制信號（基帶信號）的變化規(guī)率去改變載波某些參數(shù)的過程。按調(diào)制信號控制載波參數(shù)的形式可分為：,幅度調(diào)制：調(diào)制信號改變載波信號的幅度參數(shù)，即幅移鍵控（ASK）,頻率調(diào)制：調(diào)制信號改變載波信號的頻率參數(shù)，即頻移鍵控（FSK）,相位調(diào)制：調(diào)制信號改變載波信號的相位參數(shù)，即相移鍵控（PSK）,經(jīng)信道編碼后得到的一串信息嵌入到一個電磁波的過程稱之,,從高頻已調(diào)波信號中“取出”調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)。在移動通信中主要是對所傳輸?shù)臄?shù)字信號進行調(diào)制。對調(diào)制方式的選擇主要有三條：首先是可靠性，即抗干擾性能，選擇具有低誤比特率的調(diào)制方式，其功率譜密度集中于主瓣內(nèi)；其次是有效性，它主要體現(xiàn)在選取頻譜有效的調(diào)制方式上，特別是多進制調(diào)制；第三是工程上易于實現(xiàn)，它主要體現(xiàn)在恒包絡與峰平比的性能上。,在這里主要介紹一下GSM-R的調(diào)制方式：高斯最小頻移鍵控（GMSK）調(diào)制。GMSK是由MSK演變來的一種簡單的二進制調(diào)制方法，是連續(xù)相位的恒包絡調(diào)制。將輸入端接有高斯低通濾波器的MSK調(diào)制器，稱為高斯最小頻移鍵控（GMSK）。由于GMSK具有極好的功率效率（恒包絡特性）和極好的頻譜效率而備受青睞。GMSK成形后的高斯脈沖包絡無陡峭邊沿，亦無拐點，因此頻譜特性優(yōu)于MSK信號的頻譜特性。在移動通信中，對信號帶外輻射功率的限制十分嚴格，一般要求必須衰減70dB以上。因為MSK信號不能滿足上述的要求，所以，針對上述要求，提出了GMSK。GMSK是將調(diào)制的不歸零(NRZ)數(shù)據(jù)通過預調(diào)制高斯低通濾波器來降低頻譜上的旁瓣。因為調(diào)制信號在跨越零點時不但相位連續(xù)，而且過濾也很平滑，所以GMSK調(diào)制的信號就擁有了頻譜緊湊，誤碼特性好，帶外輻射低等特點。,從高頻已調(diào)波信號中“取出”調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)。在移動通信,圖 2.7 GMSK調(diào)制器的原理圖,圖中,B,b為高斯低通濾波器的3dB帶寬。,圖 2.7 GMSK調(diào)制器的原理圖,2.3 無線信道的空中接口技術,2.3.1 多址方式,1. 頻分多址（FDMA）,在頻分多址系統(tǒng)中，把可以使用的總頻段劃分為若干占用較小帶寬的頻道，這些頻道在頻域上互不重疊，每個頻道就是一個通信信道，分配給一個用戶。一個典型的FDMA頻道劃分如圖2.8所示。在接收設備中使用帶通濾波器允許指定頻道里的能量通過，但濾除其他頻率的信號，從而限制臨近信道之間的相互干擾。FDMA通信系統(tǒng)工作示意圖，如圖2.9所示。由圖可見，F(xiàn)DMA通信系統(tǒng)的基站必須同時發(fā)射和接收多個不同頻率的信號；任意兩個移動用戶之間進行通信都必須經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn)，因而必須占用4個頻道才能實現(xiàn)雙工通信。,2.3 無線信道的空中接口技術 2.3.1 多址方式,圖 2.8 FDMA頻道劃分方法,圖 2.8 FDMA頻道劃分方法,圖 2.9 FDMA通信系統(tǒng)工作原理圖,圖 2.9 FDMA通信系統(tǒng)工作原理圖,2.時分多址（TDMA）,在時分多址系統(tǒng)中，把時間分成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙（無論幀或時隙都是互不重疊的），每一個時隙就是一個通信信道，分配給一個用戶。一個典型的TDMA頻道劃分如圖2.10所示。TDMA通信系統(tǒng)是根據(jù)一定的時隙分配原則，使各個移動臺在每幀內(nèi)只能按指定的時隙向基站發(fā)射信號，滿足定時和同步的條件下，基站可以在各時隙中接收到各移動臺的信號而互不干擾。同時，基站發(fā)向各個移動臺的信號都按順序安排在預定的時隙中傳輸，各移動臺只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。其系統(tǒng)工作示意圖，如圖2.11所示。,2.時分多址（TDMA） 在時分多址系統(tǒng),圖 2.10 TDMA頻道劃分方法,圖 2.10 TDMA頻道劃分方法,圖 2.11 TDMA通信系統(tǒng)工作示意圖,圖 2.11 TDMA通信系統(tǒng)工作示意圖,,TDMA通信系統(tǒng)和FDMA通信系統(tǒng)相比具有以下主要特點：,（1）TDMA通信系統(tǒng)中一個頻率能夠被多個用戶使用，頻率利用率比FDMA高，則用戶容量大。,（2）用戶根據(jù)不同時隙區(qū)分，TDMA系統(tǒng)對時間要求高，需要嚴格的同步保證。,TDMA通信系統(tǒng)和FDMA通信系統(tǒng)相比具有以下主要特點：,3.碼分多址（CDMA）,在碼分多址（CDMA）通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)分，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的。接收機的相關器可以在多個CDMA信號選出使用的預定碼型的信號。其他使用不同碼型的信號因為和接收機本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲或干擾，通常稱之為多址干擾。這一特點與CDMA的機理有關。CDMA是一個背景噪聲受限的系統(tǒng)，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率，打個比方，將帶寬想像成一個大房子，所有的人將進入這個大房子。如果他們使用完全不同的語言，他們就可以清楚地聽到同伴的聲音而只受到一些來自別人談話的干擾。在這里，屋里的空氣可以被想像成寬帶的載波，而不同的語言即被當作編碼，我們可以不斷地增加用戶直到整個背景噪音限制住了我們。如果能控制住用戶的信號強度，在保持高質(zhì)量通話的同時，我們就可以容納更多的用戶。一個典型的CDMA頻道劃分如圖2.12所示。,3.碼分多址（CDMA） 在碼分多址（,圖 2.12 CDMA頻道劃分方法,圖 2.12 CDMA頻道劃分方法,CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)與FDMA模擬蜂窩通信系統(tǒng)或TDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)相比具有更大的系統(tǒng)容量、更高的語音質(zhì)量以及抗干擾、保密等優(yōu)點，因而近年來得到各個國家的普遍重視和關注。三種多址方式可按以下方式類比：,FDMA（頻分多址）：我們可以想象一個很大的房間被做成很多的隔斷，每一隔段里有一對人正在交談。這樣由于隔斷的分隔，談話者不會聽到其他人的交談。,TDMA（時分多址）：TDMA可以在FDMA的基礎上進一步類比，我們可以把隔斷做得大些，這樣一個隔段可容納幾對交談者。但在每一個隔段中大家交談有一個原則：只能同時有一對人講話。如果再把交談的時間按交談者的數(shù)目分成若干等分，就成為一個“TDMA”系統(tǒng)。 CDMA（碼分多趾）：我們可以想象一個寬敞的房間，在這里正進行著一個聚會，其中的賓客正兩兩一對進行著交談。假設每一對人使用一種語言，有說英語的、中文的、日語的等等，所有交談的人都只懂一種語言。于是，對于正在交談中的任何一對來說，別人的交談聲無疑是一種背景噪聲。通過這個場景，我們可以使用以下幾個類比：每一對賓客交談使用的語言相當于區(qū)分用戶信道的碼；交談中的人就如同CDMA系統(tǒng)中正在通話的用戶。這就是一個“CDMA”系統(tǒng)。,CDMA蜂窩移動通信系統(tǒng)與FDMA模擬蜂窩通信系統(tǒng)或TDMA,2.3.2 分集接收技術,分集接收技術是一項主要的抗信號衰落技術，它可以大大提高多徑衰落信道下的傳輸可靠性，其本質(zhì)就是采用兩種或兩種以上的不同方法接收同一信號以克服衰落，其作用是在不增加發(fā)射機功率或信道帶寬的情況下充分利用傳輸中的多徑信號能量，以提高系統(tǒng)的接收性能。,2.3.2 分集接收技術 分集接收技術是一項主要的抗信號衰落,,移動通信網(wǎng)中如何保證信號傳輸鏈路的可靠性，是一項重要指標。為了達到這一目的，可以通過多種技術來實現(xiàn)，從影響接收端信號功率的三個主要因素來分析：第一、自由空間的傳播損耗和彌散，這可通過加大發(fā)射機功率來改善；第二、地形起伏、建筑物及障礙物的遮擋引起的陰影衰落，這可通過“宏分集”技術來改善；第三、在傳輸路徑中各種物體產(chǎn)生的直射波、反射波和散射波的相互影響，即多徑衰落，以及多普勒頻移產(chǎn)生的損耗，這可通過“微分集”技術來改善。從以上的分析可以看出，分集技術對改善無線傳輸鏈路的性能可以起到很大的作用。分集技術是移動通信的一種抗衰落技術，是一種用相對較低廉的投資就可以大幅度的改進無線鏈路性能的強有力的接收技術。,移動通信網(wǎng)中如何保證信號傳輸鏈路的可靠性，是一項重要指標。為,,分集接收就是利用多條相互獨立路徑傳輸同一信息源信號, 按照一定的方法再集合起來變害為利，將接收到的多徑信號分離成互不相關（獨立的）的多徑信號，然后將這些信號的能量按一定規(guī)則合并起來，使接收的有用信號能量最大。從而達到抗衰落的目的。分集有兩重含義：一是分散傳輸，使接收端能獲得多個統(tǒng)計獨立的，攜帶同一信息的衰落信號；二是集中處理，即接收機把收到的多個統(tǒng)計獨立的衰落信號進行合并（包括選擇與組合）以降低衰落的影響。,分集接收就是利用多條相互獨立路徑傳輸同一信息源信號, 按照一,1.分集接收技術的分類,在移動通信系統(tǒng)中可能用到兩類分集方式：一類稱為“宏分集”；另一類稱為“微分集”。,“宏分集”主要用于蜂窩通信系統(tǒng)中，也稱為“多基站”分集。這是一種減小慢衰落影響的分集按需技術，其做法是把把多個基站設置在不同的物理位置上（如蜂窩小區(qū)的對角線上），同時發(fā)射相同的信號，小區(qū)內(nèi)的移動臺選擇其中最好的基站與之通信，以減小地形、地物及大氣等對信號造成的慢衰落，這種辦法就能保持通信不會中斷?！拔⒎旨笔且环N減小快衰落影響 的分集技術。在各種無線通信系統(tǒng)中都經(jīng)常使用。理倫和實踐都表明，在空間、極化、場分量、角度時間等方面分離的無線信號，都呈現(xiàn)互相獨立的衰落特性，據(jù)此由此按路徑分離的不同，微分集又可分為下列幾種：,1.分集接收技術的分類 在移動通信系統(tǒng)中可能用到兩類分集方式,,（1）空間分集,空間分集。也稱天線分集，是移動通信中使用較多的分集形式，簡單的說，就是采用多付接收天線來接收信號，然后進行合并。為保證接收信號的不相關性，這就要求天線之間的距離足夠大，在理想情況下，接收天線之間的距離只要波長λ的一半就可以了?？臻g分集是最常見的形式，所謂空間分集就是采用多個天線進行接收，使每個天線之間相隔半波長的整數(shù)倍，這樣可以將天線置于非相關衰落模式，如果一個天線接收到的信號處于深衰落，另一個天線接收的信號極有可能衰落很小）?？臻g分集既可以用于基站也可以用于移動臺。,（1）空間分集,,空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨立性，即在任意兩個不同的位置上接收同一信號。只要兩個位置的距離大到一定程度，則兩處所收信呈的衰落是不相關的，為此，空間分集的接收機至少需要兩副相隔距離為d的天線，間隔距離d與工作波長、地物及天線高度有關。,在設計時可以選擇最佳天線分支，天線分支越多，平均信號越好。通過采用空間分集可能將瑞利快衰落效應減低至慢衰落的陰影大小，但是多天線系統(tǒng)對慢衰落沒有多大作用?？臻g分集的另一大優(yōu)點是可以減小同頻干擾?？臻g分集的缺點是，多個天線的接收使得設備的成本大大提高了。,空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨立性，即在任意兩個不同的位置,,極化分集是空間分集的一個特殊有效的模型。在移動環(huán)境下，空中的水平路徑和垂直路徑是不相關的，因而信號也呈現(xiàn)不相關的衰落特性。這就可在發(fā)射和接收端各裝兩付天線，一個水平極化天線，一個垂直極化天線，這就可以得到兩個不相關的信號。這一技術在蜂窩移動用戶激增時，在改進鏈路的傳輸效率和提高容量方面有很明顯的效果,由于兩個不同極化的電磁波具有獨立的衰落特性，所以發(fā)端和收端可以用兩個位置